EP1057347A1

EP1057347A1 - Vorrichtung für die projektion eines videobildes

Info

Publication number: EP1057347A1
Application number: EP99959386A
Authority: EP
Inventors: Klaus Hiller; Olaf Kotowski
Original assignee: Jenoptik LDT GmbH; LDT GmbH and Co Laser Display Technologie KG
Current assignee: LDT Laser Display Technology GmbH
Priority date: 1998-12-23
Filing date: 1999-12-07
Publication date: 2000-12-06
Also published as: AU1657500A; DE19860017A1; WO2000040035A1; JP2002534704A; KR20010041123A

Abstract

Bei einer Vorrichtung, insbesondere ausgebildet als Projektionskopf (60), die für die Projektion eines Videobildes einen Zeilenspiegel (12) mit mindestens einer Spiegelfläche (14) zur Ablenkung eines Lichtbündels in Zeilenrichtung des Videobildes und einen Bildspiegel (16) zur Ablenkung in Bildrichtung aufweist, wobei die Flächennormale (23) der mindestens einen Spiegelfläche (14) unter einem Winkel epsilon zur Drehachse (33) des Zeilenspiegels (14) geneigt ist, ist vorgesehen, dass das Lichtbündel (5) bei derjenigen Stellung des Zeilenspiegels (12), bei der es in das Zentrum des Videobildes, in Hauptprojektionsrichtung (28), gerichtet ist, unter dem Winkel (I) mit epsilon ' = epsilon +/- 4 DEG zur Flächennormalen (23) auf die Spiegelfläche (14) einfällt.

Description

Vorrichtung für die Projektion eines Videobildes

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, insbesondere ausgebildet als Projektionskopf, die für die Projektion eines Videobildes einen Zeilenspiegel mit mindestens einer Spiegelfläche zur Ablenkung eines Lichtbündels in Zeilenrichtung des Videobildes und einen Bildspiegel zur

Ablenkung in Bildrichtung aufweist, wobei die Flächennormale der mindestens einen Spiegelfläche unter einem Winkel ε zur Drehachse des Zeilenspiegels geneigt ist.

Bei der Videoprojektion mit Lichtbündeln werden Lichtbündel über Spiegel schnell in Zeilenrichtung und senkrecht dazu, in Bildrichtung, zur Darstellung der Biidpunkte des

Videobildes abgelenkt. Die dazu eingesetzten Spiegel werden entsprechend ihrer Funktion als Zeilenspiegel und Bildspiegel bezeichnet.

Als Zeilenspiegel wird häufig ein Polygonspiegel eingesetzt, der die hohen Ablenkgeschwindigkeiten zur Darstellung eines Videobildes möglich macht. Es sind aber auch andere Spiegel mit hohen Schaltgeschwindigkeiten bekannt, wie sehr kleine Galvanometerspiegel, die jetzt schon die Darstellung von Videobildern geringer Punktdichte erlauben, so daß die Hoffnung besteht, daß derartige Spiegel in Zukunft für eine sehr schnelle Zeilenablenkung zur Verfügung stehen. Wenn im folgenden auf Zeilenspiegel Bezug genommen wird, sind damit vor allem Polygonspiegel gemeint. Dies bedeutet aber keine Beschränkung. Es kommt einzig darauf an, daß der Zeilenspiegel durch Drehung oder Kippung um eine Drehachse eine hohe Geschwindigkeit für Winkeländerungen von Lichtbündeln erlaubt.

Laserprojektionssysteme, die mittels dieser Technik arbeiten, sind aus der neueren Patentliteratur gut bekannt. Bei derartigen, insbesondere als Videosysteme ausgebildeten

Projektoren, wird ein Videobild mittels des Zeilenspiegels und des Bildspiegels rastemd abgebildet, jedoch werden Laserstrahlen im Unterschied zur herkömmlichen Bildröhre anstelle von Elektronenstrahlen eingesetzt. Die Färb- und Helligkeitsinformation für jeden Bildpunkt des Videobildes erfolgt dabei durch eine geeignete Modulation des Laserstrahls, vorzugsweise vor der Ablenkung durch Zeilenspiegel und Biidspiegel.

Ein derartiges Laserprojektionssystem ist beispielsweise in der DE 43 24 848 C2 beschrieben.

In einem der dargestellten Beispiele ist eine erste Einrichtung zur Laserstrahlerzeugung, Lasermodulation und Strahlzusammenführung von Laserlicht verschiedener Farben von einer zweiten Einrichtung, die allein aus Zeilenspiegel, Kippspiegel und einer Transferόptik besteht, räumlich getrennt. Die Lichtübertragung zwischen der ersten Einrichtung und der davon getrennten rasternden zweiten Einrichtung erfolgt über eine Lichtleitfaser. Die rasternde zweite

Einrichtung, die im folgenden auch Projektionskopf genannt wird, besteht im wesentlichen aus einer zweiachsigen Ablenkeinrichtung, insbesondere mit einem Polygonspiegel und einem in Lichtausbreitungsrichtung nachfolgenden Kippspiegel, wobei dieser ferner noch eine Aufweitungsoptik folgen kann.

Ein derartiger Aufbau ist jedoch nicht zwingend. In derselben Druckschrift wird beispielsweise ein Laserprojektionssystem angegeben, bei dem im Projektionskopf auch eine Einrichtung aus dichroitischen Spiegeln zum Zusammenführen mehrerer Laserlichtbündel zu einem einzigen Lichtbündel vorgesehen ist. Weiter ist in einem Projektionsgerät gemäß der JP 363-306417 ein vor dem Polygonspiegel liegender Bildspiegel vorgesehen, also in unterschiedlicher Anordnung im Vergleich zu derjenigen in der oben angegebenen deutschen Druckschrift.

Bei einem anderen Projektionsgerät gemäß der JP 61-90122 beinhaltet der Projektor ferner die Lichtquellen für die Farben Rot, Grün und Blau. Der helligkeits- und farbmodulierte Lichtstrahl wird dabei zunächst auf einen als Polygonspiegel ausgebildeten Zeilenspiegel gelenkt, dem ein

Bildspiegel, ebenfalls als Polygonspiegel ausgeführt, folgt. Der dabei eingesetzte Biidspiegel müßte dabei allerdings eine große Spiegelfläche haben, um den bereits in der Zeilenrichtung abgelenkten Lichtstrahl vollständig zu erfassen. Um dies zu vermeiden, ist ein gekrümmter Spiegel vorgesehen, damit der üblicherweise ausreichende Spiegelflächenbereich des Polygonspiegels optisch aufgeweitet ist.

In einem Projektionsgerät gemäß der JP 3-109591 wird der Lichtstrahl zunächst auf einen Polygonspiegel gelenkt und dann über eine Linse einem Bildspiegel zugeführt. Man benötigt dabei also eine zusätzliche Linse.

Ferner wird gemäß der US 4,979,030 ein abbildendes optisches System zwischen zwei Ablenkspiegeln eingesetzt. Dieses optische System ist als Relaisoptik zwischen dem Bildspiegel und dem Zeilenspiegel angeordnet und dient dazu, einen gemeinsamen Abbildungspunkt für beide Ablenkrichtungen zu schaffen. Diese Technik wird häufig verwendet. So ist auch in der EP 0 488 903 B1 und der US 5,051 ,834 jeweils eine Relaisoptik zwischen dem Zeiienspiegel und dem Bildspiegel vorgesehen.

Derartige optische Elemente gemäß dem Stand der Technik sind jedoch innerhalb des

Strahlenganges zwischen den Lichtablenkeinrichtungen nachteilig, da sie Lichtverluste verursachen und die für die Bilddarstellung wichtigen Strahlparameter, wie z. B. die erforderliche geringe Divergenz des Lichtstrahls, verschlechtern. Ferner ergibt sich aufgrund der zusätzlichen optischen Elemente und die durch diese notwendigen optischen Wege auch ein erhöhter Raumbedarf. Außerdem führen alle im Strahlengang befindlichen optischen

Bauelemente immer zu mehr oder weniger großen Licht- und Auflösungsveriusten, so daß für eine Optimierung eines Projektionssystems eine sorgfältige Auswahl der eingesetzten Komponenten getroffen werden muß.

Auch bei den bekannten Polygonspiegeln gibt es Unterschiede. So sind beispielsweise

Polygonspiegel bekannt, deren Normalen der Spiegelflächen senkrecht auf der Drehachse stehen. Bei anderen bekannten Polygonspiegeln sind dagegen die Flächennormalen der Spiegelflächen unter einem Winkel ε zur Drehachse geneigt.

Auch diesbezüglich ist ein unterschiedlicher Aufwand notwendig, da sich beispielsweise bei geneigten Spiegelflächen abhängig vom Auftreffwinkel des Lichtbündels, gekrümmte Zeilen ergeben. Dies stellt zwar kein unüberwindliches Hindernis dar, denn man könnte diesen Effekt bei der Modulation des Laserlichtbündel berücksichtigen, indem das Lichtbündel immer mit derjenigen Farbintensitätsmodulation beaufschlagt wird, die dem auf einer gekrümmte Zeile jeweils geschriebenen Bildpunkt bezüglich der richtigen Wiedergabe des Bildes zukommt. Dazu ist jedoch zusätzlicher Rechen- und Steueraufwand erforderlich.

Aufgabe der Erfindung und ihrer Weiterbildungen ist es, eine bekannte Vorrichtung zur Projektion von Videobildern mit einem Lichtbündel zu optimieren, insbesondere so, daß der Aufwand für Steuerung und/oder optische Elemente gegenüber bekannten Einrichtungen verringert wird.

Die Aufgabe wird bezüglich des Steuerungsaufwandes ausgehend vom einleitend genannten Stand der Technik dadurch gelöst, daß das Lichtbündel bei derjenigen Stellung des Zeilenspiegels, bei der es in das Zentrum des Videobildes, in Hauptprojektionsrichtung, gerichtet ist, unter dem Winkel

mit ε' = ε ± 4°

zur Flächennormalen auf die Spiegelfläche einfällt.

Damit werden vor allen Dingen einige geometrische Beziehungen zwischen den Optiken in der Vorrichtung festgelegt. Aufgrund der angegebenen Winkel sind Krümmungen in der Zeile geringer als 3%. Derartige kleine Zeilenkrümmungen werden erfahrungsgemäß nicht mehr als störend wahrgenommen, ein zusätzlicher Aufwand zur Bildentzerrung kann damit entfallen.

Unerwarteterweise ergibt sich eine sehr einfache Beziehung für die Auswahl des Auftreffwinkels θ bei beliebiger Auswahl des Zeilenspiegels bezüglich der Neigung der Spiegelfläche mit einem Winkel ε zur Drehachse. Aus der angegebenen Beziehung wird aber auch deutlich, daß im Prinzip für jeden Winkel der Flächennormalen der Spiegelflächen zur Drehachse ein geeigneter Einfallswinkel für das Lichtbündel möglich ist, ein Ergebnis, das bisher nicht bekannt war oder erwartet wurde.

Unter allen Winkeln hat es sich geometrisch als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn der Winkel ε gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung einen Wert von 90° hat und θ gleich 0° gewählt ist. Andere Winkel ε und dem dadurch bedingten θ würden zu einer elliptischen Form des Srahlprofils auf der Spiegelfläche eines Zeilenspiegels führen, so daß vor allem bei Winkeln größer als 45° eine erhöhte Genauigkeit für die Spiegelflächen des Zeilenspiegels erforderlich wäre, weil dann die optischen Abbildungseigenschaften ungünstiger werden. Dies würde einen größeren Aufwand für die Fertigung des Zeilenspiegeis erfordern, insbesondere, wenn die Fertigungsgenauigkeit kleiner als 2" betragen soll.

Bei einer anderen vorzugsweisen Weiterbildung der Erfindung ist zumindest ein Teil der Vorrichtung mittels einer Grundplatte, mit der dieser Teil oder die Vorrichtung selbst auf einem Boden oder an einer Decke befestigbar ist, versehen und die Drehachse des Zeilenspiegels für eine Schrägprojektion unter einem Winkel zu dieser Grundplatte angeordnet. Weiter ist eine

Einrichtung zur Intensitäts- und Farbmodulation des jeweiligen beleuchteten Bildpunktes vorgesehen, wobei diese Einrichtung auch Trapezverzerrungen für den durch den zur Schrägprojektion gegebenen Projektionswinkel berücksichtigt und korrigiert.

Die einfache Befestigung mit Hilfe einer Grundplatte an einer Decke macht die Vorrichtung besonders benutzerfreundlich, da bei üblichen Deckenhöhen unabhängig von dem Ort des Beobachters das projizierende Teil, der Projektionskopf oder die Vorrichtung selbst, sich nicht im Sichtweg eines Beobachters des Videobildes befindet. Die dazu vorgesehene Winkelstellung zur Schrägprojektion und die Korrekturmöglichkeit für Trapezverzerrungen sind wenig aufwendig. Prinzipiell sind die auftretenden Verzerrungen bei vorgegebenem Projektionswinkel bekannt und können dadurch berücksichtigt werden, daß die Zeileninformation bei durch die

Verzerrung verlängerten Zeilen schneller aus einem Bildspeicher ausgelesen und in einem verkleinerten Bereich der jeweils gerasterten Zeilen geschrieben wird.

Insbesondere für die Befestigung mit der Grundplatte selbst am Boden oder Decke läßt sich eine sehr wenig aufwendige konstruktive Lösung für den Projektionskopf finden. Dazu ist gemäß einer vorzugsweisen Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß der Winkel der Drehachse zur Grundplatte gleich dem Winkel der Schrägprojektion zwischen Hauptprojektionsrichtung und der Normalen auf eine Projektionsfläche ± 10° ist.

Bei einer diesbezüglich vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Einrichtung zur Intensitäts- und Farbmodulation räumlich von dem mindestens einen Teil der Vorrichtung getrennt ist und zwischen der Einrichtung und der Vorrichtung eine Lichtleitfaserkopplung zur Übertragung des danach vom Zeilenspiegel abzulenkenden

Lichtbündels vorgesehen ist.

Hier muß der Projektionskopf, das erwähnte projizierende Teil, nur mit Bildspiegel und Zeilenspiegel und einer eventuellen Aufweitungsoptik versehen sein, das räumlich von der viel schwereren Komponenten, beispielsweise den Lasern, getrennt ist. An der Decke oder am

Boden muß dann nur ein kleiner Kopf angeordnet werden, was üblicherweise ohne Probleme möglich ist. Bei einer Gesamtvorrichtung, die an der Decke oder dem Boden befestigt würde, wäre dagegen eine derartige Halterung mit den schweren Komponenten, vor allem den Lasern und Transformatoren, wesentlich aufwendiger.

Die Kopplung mit einer Lichtleitfaser ist ebenfalls auf einfache Weise möglich. Bei geeigneten Steckkontakten im Projektionskopf und der übrigen Vorrichtung zum Verbinden mit der Lichtleitfaser läßt sie sich auch einfach installieren. Würde man dagegen beispielsweise eine Spiegeleinrichtung zur Übertragung des Lichtes von dem Projektionskopf zur restlichen Vorrichtung vorsehen, wäre eine Kopplung wesentlich aufwendiger, vor allem, da die dann erforderlichen Justierungen der Spiegel kaum mehr von einem Nichtfachmann durchgeführt werden könnten.

Wie vorstehend schon bei der Darstellung des Stands der Technik ausgeführt wurde, gibt es verschiedene Möglichkeiten für die Anordnung des Zeilenspiegels und des Bildspiegels. Bei einer Weiterbildung ist diesbezüglich vorgesehen, daß dem Zeilenspiegel in einem Abstand von kleiner als 4 cm in Fortpflanzungsrichtung des Lichtbündels ein Bildspiegel nachgeordnet ist, dem dann wiederum eine Aufweitungsoptik nachfolgt. Insbesondere ist dabei vorteilhaft, daß der Bildspiegel dem Zeilenspiegel nachgeordnet ist. Bei umgekehrter Anordnung würde der Zeilenspiegel und dadurch der Platzbedarf im beispielhaft genannten Projektionskopf wesentlich größer werden. Das gleiche gilt, wenn ein zusätzliches optisches System zur "optischen

Aufweitung" der Spiegelfläche des Zeilenspiegels gemäß JP 61-90122 eingesetzt wird.

Weiter würde man bei einer Aufweitungsoptik üblicherweise Relaislinsen vorsehen, mit denen der Auftreffpunkt des Lichtbündels auf dem Zeilenspiegel nachfolgend auf den Kippspiegel verlegt wird, damit der gerastete Bild- und Zeilenwinkel für die nachfolgende Aufweitungsoptik virtuell vom gleichen Punkt aus erfolgt. Hier werden Bildfehler aufgrund unterschiedlicher Aufweitung jedoch auf eine ganz andere Art und Weise verringert, die den Aufwand an optischen Elementen für die Aufweitungsoptik stark reduziert, indem der Abstand zwischen

Zeilenspiegel und Bildspiegel sehr kurz gehalten wird. Diesbezüglich hat es sich als besonders günstig erwiesen, wenn der Abstand zwischen diesen beiden Spiegeln unterhalb von 4 cm liegt, denn dann läßt sich die Aufweitungsoptik für die vergrößerte Eintrittspupille noch ohne großen Aufwand bezüglich unterschiedlicher Ablenkpunkte für Bild- und Zeiienablenkung auslegen und korrigieren.

Der angegebene Abstand von bis zu 4 cm läßt ferner für die Bewegung eines Bildspiegels genügend Raum. Aufgrund des durch diese Weiterbildung möglich gewordenen Verzichts auf Relaislinsensysteme werden Lichtverluste und Abbildungsfehler, insbesondere auch durch Staub auf den Linsen oder Inhomogenitäten im Linsenmaterial, wesentlich verringert. Die

Strahlqualität des Lichtbündels ist deshalb gemäß der Weiterbildung wesentlich besser als bei anderen bekannten Projektionssystemen.

Aufweitungsoptiken sind beispielsweise aus der DE 43 24 849 C2 bekannt. Insbesondere ist in dieser Druckschrift ein nach der Tangensbedingung korrigiertes Linsensystem angegeben. Aus dieser Druckschrift ist aber auch entnehmbar, daß derartige Optiken mit mehr als zwei Stufen verwirklicht werden können.

Zur Optimierung ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß die Aufweitungsoptik ein nach der Tangensbedingung korrigiertes, genau zweistufiges afokales

Linsensystem ist. Demgemäß wird also ein zweistufiges System aus dem technischen Möglichkeitsbereich ausgewählt, das auch hier den Vorteil gegenüber anderen Lösungen erbringt, nämlich daß aufgrund der kleineren Linsenzahl der Aufwand geringer gehalten werden kann. Weiter werden auch Lichtverluste durch Streuungen und Reflexionen vorteilhafterweise vermindert, ähnlich wie es vorhergehend schon bezüglich des Relaissystems näher beschrieben wurde.

Für die Anordnung der Aufweitungsoptik hat es sich gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung als vorteilhaft herausgestellt, wenn eine erste Linse der Aufweitungsoptik im Bereich von 10 mm bis 100 mm von dem Bildspiegel entfernt ist. Durch diesen Größenbereich kann die Lage und Größe der Eintrittspupille, die Größe des Projektionskopfes sowie auch eine

Korrektur für unterschiedliche Ablenkpunkte zwischen Bildspiegel und Zeilenspiegel ohne größeren Aufwand optimiert werden, vor allem weil dann auf das oben genannte Relaissystem verzichtet werden kann.

Ein in gleicher Richtung zielender Vorteil ergibt sich ferner gemäß einer Weiterbildung der Erfindung, bei der die Eintrittspupille der Aufweitungsoptik in einem kleineren Abstand als 80 mm und insbesondere kleiner als 30 mm vor dem ersten Linsenscheitel liegt.

Ein großes, bisher nur mit hohem Aufwand lösbares Problem bei der Abbildung mit Zeilen- und/oder Bildspiegeln ist das Auftreten von Geisterbildern, die beispielsweise dadurch entstehen können, daß ein Poiygonspiegel in der Regel in ein Gehäuse mit einer Lichteintrittsund einer Lichtaustrittsöffnung eingebaut ist, wobei diese Öffnung mit einer planparallelen transparenten Platte hermetisch abgeschlossen ist. Die von der planparallelen Platte reflektierten Lichtbündel treffen wieder auf die Spiegelflächen des Polygonspiegels auf und erscheinen bei der Bilderzeugung versetzt zum gewünschten Bild. Derartige Geisterbilder könnte man in üblicher Weise durch Vergütung, also durch Aufbringen geeigneter dielektrischer Schichten auf dieses Fenster, vermindern.

In der Praxis hat sich unerwarteterweise gezeigt, daß ein ganz anderer Ansatz wesentlich vorteilhafter ist. Diesbezüglich ist eine bevorzugte Weiterbildung dadurch gekennzeichnet, daß in einem Lichtweg, welcher von dem Lichtbündel nach Reflexion vom Zeilenspiegel durchlaufen wird, ein für Licht teilweise durchlässiger Körper vorgesehen ist, der in allen durch das Rastern bedingten Punkten eine Neigung zur Drehachse des Zeilenspiegels aufweist, die größer als 1 ° ist und insbesondere im Bereich 2° bis 10° liegt.

Unerwarteterweise ergab sich bei Versuchen auch, daß die Wirkung des Fensters auch bei einer Linse erzielt wird. Die erste Linse, beispielsweise einer Relaisoptik zwischen Zeilenspiegel und Bildspiegel oder eine Aufweitungsoptik gemäß DE 43 24 849 C2 ist geeignet, dieses

Geisterbildes zu vermeiden, falls die Linsenkrümmung geeignet gewählt ist. Aber selbst diese einfache Lösung wurde bisher nicht erkannt.

Da Polygonspiegel wegen der schnellen Umlaufgeschwindigkeit üblicherweise in einem Gehäuse bei Unterdruck und/oder einer speziellen Gasfüllung, wie Helium, verwendet werden, so daß ein Fenster zum Lichtein- und -auslaß vorgesehen sein muß, werden Geisterbilder von diesen als Fenster verwendeten planparallelen Platten fast immer als störender Effekt beobachtet. Insbesondere diesbezüglich ist bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß der für Licht teilweise durchlässige Körper, das Fenster, eine planparallele Platte ist, die insbesondere zum Abschluß eines Gehäuses gegen die umgebende Atmosphäre für den Polygonspiegel vorgesehen ist.

Besonders einfach gestaltet sich die Vorrichtung, insbesondere der Projektionskopf, aber , wenn gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung die Ablenkeinrichtung für das

Lichtbündel, also hier der Zeilenspiegel und der Bildspiegel eine Kombination aus einem Polygonspiegel und einem Kippspiegel ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen noch näher beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines Projektionssystems mit Schrägprojektion;

Figur 2 eine schematische Darstellung eines Projektionskopfes zur Veranschaulichung der Prinzipien, die gemäß der Erfindung und ihrer Weiterbildungen zum Einsatz kommen;

Figur 3 eine Darstellung eines in einem Gehäuse gekapselten Polygonspiegels aus zwei Ansichten zur Erläuterung der Entstehung und Vermeidung von Geisterbildern;

Figur 4 eine schematische Darstellung eines Polygonspiegels aus zwei Ansichten zur Erläuterung verschiedener Winkel und Winkelbeziehungen;

Figur 5 eine graphische Darstellung der Abhängigkeit eines besonders günstig gewählten Einfallswinkels θ eines Lichtbündels auf einer Spiegelfläche eines Polygonspiegels in Abhängigkeit von der Neigung der Spiegelfläche ε in Verbindung mit einem Schema zur Veranschaulichung der dargestellten Winkel.

Bei der Projektion von Videobildern mit Hilfe von Lichtbündeln, insbesondere Laserstrahlen, ist es besonders günstig, die Ablenkeinrichtungen für das Lichtbündel von der Modulationseinrichtung und den Lasern abzukoppeln, weil dadurch ein leichter Projektionskopf möglich ist, der unabhängig von schweren Teilen, wie Transformatoren, Laserstrahlungsquellen und ähnlichem einfach zu installieren ist. Insbesondere kann dieser Projektionskopf dann an der Decke eines Zimmers befestigt werden, so daß die Projektion des Laserbildes nur wenig von eventuell herumlaufenden Zuschauern gestört wird. Dabei ist auch die Lasersicherheit erhöht, weil damit die Wahrscheinlichkeit herabgesetzt ist, daß zufällig ein Beobachter in den Bereich der Laserablenkung gerät, was beispielsweise dann gefährlich sein könnte, wenn eine der Ablenkeinrichtungen ausfällt und die volle Leistung des Lasers die Netzhaut des Auges eines

Beobachters trifft.

Zur Befestigung, beispielsweise an der Decke oder dem Boden desjenigen Raumes, in dem eine Laserprojektion von Videobildern geplant ist, ist dann der Projektionskopf auf einer

Grundplatte montiert, zu der alle Komponenten ausgerichtet sind, damit unabhängig vom Installationsort und den Projektionsbedingungen immer ideale Winkelbedingungen möglich sind. Wenn die Erfindung auch hier in einem Ausführungsbeispiel mit besonders günstigen Ausgestaltungen des Projektionskopfes dargestellt ist, ist sie jedoch nicht auf einen Projektionskopf beschränkt. Die dabei gewonnenen Erkenntnisse sind auch auf Vorrichtungen zur Laserprojektion übertragbar, bei denen der Projektionskopf mechanisch-optisch nicht von dem Laser abgetrennt ist.

In Fig. 1 ist schematisch der Aufbau einer derartigen Projektionseinrichtung 50 gezeigt. In einer Einrichtung 40, werden drei Lichtbündel in den Farben Rot, Grün und Blau von Lasern 34 erzeugt und anschließend mittels Modulatoren 35 bezüglich der Lichtintensität gesteuert. Anschließend werden die drei Laserlichtbündel mit einer Einrichtung 36 zu einem einzigen parallelen Strahl vereinigt und in eine Lichtleitfaser 4 eingekoppelt, die das Lichtbündel zu einem Projektionskopf 60 transportiert, wonach es in diesem ausgekoppelt wird. Innerhalb des Projektionskopfes 60 wird das ausgekoppelte Lichtbündel 5 in zwei orthogonalen Richtungen gerastert, so daß auf dem Schirm 71 ein Bild, ähnlich wie bei dem bekannten Projektionsverfahren mit Elektronenstrahlen auf dem Bildschirm einer Fernsehröhre entsteht.

Gemäß dem Beispiel von Fig. 1 wird bei Schrägprojektion gearbeitet, d.h. wenn sich das Lichtbündel 5 im Zentrum des gerasterten Bildes befindet, in Hauptprojektionsrichtung 28, trifft er unter zwei von 90° verschiedenen Winkeln Φ, χ, wie eingezeichnet, auf dem Schirm 71 auf. Das Bild ist dann nicht genau rechteckig, sondern im allgemeinsten Fall verzeichnet, wie es in Fig. 1 durch das Rasterfeld 70 angedeutet ist. Die in diesem Rasterfeld 70 durch unterbrochene Linien veranschaulichten Zeilen können dabei auch gekrümmt sein, wie später noch ausführlicher diskutiert wird.

Das so entstehende verzeichnete Bild kann man im allgemeinen durch eine Elektronik 33 korrigieren, die dafür sorgt, daß der Laserstrahl 5 so moduliert wird, wie es dem jeweils beleuchteten Auftreffort auf dem rechteckigen Schirm zukommt. Außerhalb des durch den Schirm 71 gegebenen Bildbereiches wird der Laserstrahl 5 dann dunkel getastet.

Der Projektionskopf 60 ist, wie schematisch angedeutet aus einem Polygonspiegel 12, einem Kippspiegel 16 und einer Aufweitungsoptik 37 aufgebaut. Der Polygonspiegel 12 dient dabei zum Zeilenrastern, der Kippspiegel 16 dagegen zum Rastern senkrecht zur Zeilenrichtung, der

Bildrichtung.

Dieser Polygonspiegel 12 weist mehrere Spiegelflächen 14 auf. Bei einer schnellen Umdrehung des Polygonspiegels um die Drehachse 24 fällt das Licht auf jede vorbeilaufende Spiegelfläche

14 zeitabhängig mit unterschiedlichen Winkeln auf und wird so gerastert. Derartige Ablenkungen können so schnell durchgeführt werden, daß damit die Zeilen eines Videobildes gemäß jeder bekannten Videonorm abbildbar sind.

Für das Zeiienrastem werden zum Erreichen großer Bildpunktdichten und der dadurch erforderlichen hohen Geschwindigkeit üblicherweise Polygonspiegel 12 eingesetzt. Es ist aber bei geringeren Anforderungen für diesen Spiegel auch möglich, Kippspiegel einzusetzen. Bei Verringerung der Trägheit, beispielsweise durch Verkleinerung dieser Kippspiegel erwartet man ebenfalls eine Erhöhung der Geschwindigkeit, so daß allgemein ein Zeilenspiegel gemeint ist, der durch Drehung um eine Drehachse ein Zeiienrastem erlaubt, wenn auch in den folgenden

Beispielen im wesentlichen nur Polygonspiegel gezeigt sind.

Die Aufweitungsoptik ist ein im wesentlichen afokales Linsensystem, das gemäß der Tangensbedingung korrigiert ist. Solche Linsensysteme eignen sich besonders zur Aufweitung des durch den Polygonspiegel 12 und Kippspiegel 16 gerasterten Winkelbereichs, da sie eine verzerrungsfreie und farbunabhängige Aufweitung des Winkelbereichs zulassen. Der Tangens des Ausgangswinkels steht dabei mit dem Tangens des Einfallswinkel in konstantem Verhältnis.

In Figur 2 ist beispielhaft ein Projektionskopf gezeigt, bei dem sich die gesamte Ablenkeinrichtung in einem Gehäuse 2 befindet. Dabei wird das gemäß einer Videoinformation intensitätsmodulierte Licht, wie beschrieben, über einen Lichtleiter 4 eingekoppelt, mit einer Linse 6 parallelisiert und über zwei Spiegel 8 und 10 auf einen Polygonspiegel 12 zur Zeilenablenkung gerichtet.

Zur Bildablenkung des Videobildes ist ein Kippspiegel 16 mit einer Drehachse senkrecht zur

Drehachse 24 des Poiygonspiegels 12 vorgesehen. In diesem Ausführungsbeispiel sind allerdings die Winkelstellung des Kippspiegels 16 und des Polygonspiegels 12 so ausgerichtet, daß das Videobild senkrecht zu der Zeichenebene von Figur 2 projiziert wird. In dieser Richtung befindet sich auch die Aufweitungsoptik 37, mit der das mit den Spiegeln 12 und 16 erreichbare Videobild noch vergrößert wird.

Der Projektionskopf gemäß Figur 2 weist noch eine Besonderheit auf, denn er ist mitteis eines Lagers 21 um eine Achse 18 rotierbar angeordnet. Zum Antrieb ist ein nicht gezeigter Motor vorgesehen. Aufgrund der Rotation werden für Show- und Marketinganwendungen ganz neue Möglichkeiten erschlossen, bei denen ein Videobild zeitweise in andere Richtungen projiziert werden soll.

Um diese Rotation zu ermöglichen, wird das Lichtbündel auf der Achse 18 und auch in gleicher Richtung zu dieser eingekoppelt. Um trotzdem einen schrägen Einfall auf den Polygonspiegel zu erreichen, der sich als besonders günstig herausgestellt hat, ist die schon erläuterte Umlenkung des Lichtbündels mit Hilfe der Spiegel 8 und 10 vorgesehen. Diese Spiegel sorgen dafür, daß das Lichtbündel unter einem Winkel α_e auf die Spiegelflächen 14 des Polygo^'nspiegels 12 einfallen kann. Dieser Winkel α_e steht mit anderen Winkeln in Beziehung, wie nachfolgend anhand von Figur 4 noch eingehender erläutert wird. Zur praktischen Verwirklichung der optischen Anordnung für die Rotation wird in den Einzelheiten ausdrücklich auf die Darstellung in Fig. 2 verwiesen

Vorerst soll jedoch noch auf eine weitere Besonderheit eingegangen werden, die insbesondere aus Figur 3, die einen Polygonspiegel in zwei Ansichten zeigt, deutlicher wird. Ein

Polygonspiegel 12 ist nämlich üblicherweise in einem Gehäuse 13 gekapselt, damit er bei Unterdruck und/oder in einer Heliumatmosphäre betrieben werden kann, um die hohen erforderlichen Drehzahlen überhaupt zu ermöglichen. Deswegen ist üblicherweise ein Glaskörper 20 zum Abschließen des Gehäuses 13 vorgesehen.

Wenn das im folgenden beschriebene Phänomen und dessen Abhilfe auch anhand dieses Glaskörpers 20 näher erläutert wird, so gilt dasselbe jedoch auch für alle anderen Glaskörper 20^' im Lichtweg, so daß die Beschreibung anhand des Glaskörpers 20 nur beispielhaft verstanden werden sollte.

Beispielsweise können auch die Linsen einer nachfolgenden Aufweitungsoptik einen ähnlichen Effekt hervorrufen. Insbesondere könnte auch der Polygonspiegel 12 zusammen mit dem Kippspiegel 16 in einem gemeinsamen Gehäuse unter Unterdruck arbeiten, wobei dann beispielsweise das Fenster auch hinter dem Kippspiegel 16 angeordnet sein könnte.

Jeder Körper aus durchsichtigem Material hat keine hundertprozentige Transmission. Das bedeutet, daß immer ein Teil des durchgehenden Lichtes zurückreflektiert wird. Je nach Stellung der Spiegel 16 oder 14 wird dieses Teiilicht von den Spiegeln noch mal reflektiert und kann im Bildfeld des zu erzeugenden Videobildes ein verschobenes „Geisterbild" erzeugen.. Man könnte dieses Problem dadurch mindern, daß alle Glaskörper 20 im Lichtweg besonders hoch vergütet werden, um Rückreflexionen zu verringern. Bei dem Projektionskopf von Figur 2 wurde jedoch ein anderer Weg gewählt. Wie in Figur 3 unten zu sehen ist, wurde der Glaskörper 20 unter einem Winkel ξ zum einfallenden Lichtbündel angeordnet. Der Winkel ξ ist so groß gewählt, daß eventuelles vom Glaskörper zurückgeworfenes Licht in Gebiete reflektiert wird, die beim Ablenken von den Spiegeln 14 und 16 nicht erfaßt werden.

Bei dem von der ersten Linse der Aufweitungsoptik zurückgeworfenen Licht ist die Krümmung der ersten Linse ferner so gewählt, daß reflektiertes Licht nicht erneut auf die Spiegel 14 und 16 trifft. Der Winkel ξ ist so groß gewählt, daß das vom Polygonspiegel mehrfach reflektierte Licht durch den Bildspiegel 16 nicht erfaßt wird. Die Krümmung oder Schrägstellung muß dazu nicht besonders groß sein, denn es hat sich gezeigt, daß bei den Abmessungen, wie sie einleitend schon angegeben wurden, um eine Polygonspiegel möglichst optimal auszulegen, schon Winkel ξ von 1° ausreichend sind. Eine gleiche Wirkung wird bei Schrägstellung um den Winkel ψ erreicht.

Um möglichst geringe Lichtverluste aufgrund von Linsen in der Aufweitungsoptik sicherzustellen und auch um die Kompaktheit des Projektionskopfes gemäß Figur 2 zu erhöhen, wurde nur ein zweistufiges afokaies Linsensystem vorgesehen. Es hat sich nun unerwarteterweise gezeigt, daß sich bei Optimierung für die erste Linse selbst dann immer ein geeigneter Winkel aufgrund deren Krümmung einhalten läßt, bei dem von der ersten Linse zurückgeworfenes Licht in Raumbereiche reflektiert wird, in denen es von den ablenkenden Spiegeln 12 und 16 nicht mehr erfaßt wird.

In Figur 3 sind noch weitere Winkel angegeben. Der dargestellte Winkel ß ist der maximalen Zeilenablenkwinkel des Lichtbündels, der durch die jeweiligen aktive Spiegelfläche 14 bewirkt wird. Senkrecht dazu ist ein maximaler Ablenkwinkel γ für die Bildablenkung gegeben, der ebenfalls aus Fig. 3 ersichtlich ist.

Außerdem ist in Figur 3 ein Versatz V zu sehen. Dieser Versatz V kennzeichnet den Abstand der Drehachse zu der Projektionsrichtung des Polygonspiegels 12 und wird mit dem Radius r des Polygonspiegels (siehe Fig. 3) als r ^* sin (aJ2) bemessen.

Das Vorsehen eines Versatzes V ist zunächst nicht einzusehen. Er hat aber Vorteile bezüglich der optimalen Rastergeometrie und der Wahl der Winkel. Wenn nämlich der Projektionskopf einen Zeilenspiegel 12 und einen Bildspiegel 16 aufweist, deren Drehachsen orthogonal sind und wobei die rasternde Ablenkung des Lichtbündels 5 mit einem Durchmesser P in einer Zeilenrichtung um einen Winkel ß und in einer Bildrichtung um einen Winkel γ erfolgt und daher die schon erwähnte Hauptprojektionsachse 28 durch die Winkel ß/2 und γ/2 bestimmt ist, sowie ein Winkel δ, der später noch eingehender beschrieben wird, ergeben sich besonders günstige

Rasterbedingungen, wenn das Lichtbündel 5 mit Winkeln θ und α_e bezogen auf die Flächennormale 23 der Spiegelfläche 14 einfällt, wobei eine in Richtung der Fiächennormaien weisende und vom Zentrum der Spiegelfläche 14 ausgehende Gerade einen Schnittpunkt mit einer Geraden durch die Drehachse 24 und in deren Richtung bildet.

Wie von dem aus der Mathematik bekannten Begriff der windschiefen Geraden bekannt ist, haben Geraden im Raum allgemein keinen Schnittpunkt. Um diesen gewünschten Schnittpunkt zu verwirklichen, ist der genannte Versatz V vorgesehen, der sich aufgrund der dargestellten Voraussetzungen für verschiedenste geometrische Bedingungen mit üblicher Vektorrechnung bestimmen läßt. Insbesondere sind zum Verständnis der geometrischen Beziehungen auch die Figuren 2 und 3 hilfreich.

Weitere Winkel und Größen sind in Figur 3 angegeben, auf die für eine Projektionskopfauslegung zur Erläuterung der verschiedenen optimalen Bedingungen ausdrücklich Bezug genommen wird. Insbesondere ist hier auch der Glaskörper 20 gezeigt, der sich zwischen Polygonspiegel 12 und Kippspiegel 16 befindet. Wie vorher schon angedeutet wurde, kann ein derartiger Glaskörper 20 auch zwischen dem Kippspiegel 16 und einem

Bildschirm 22 vorgesehen sein, wie durch den Glaskörper 20' verdeutlicht ist. Jedoch gilt auch dafür, daß die Neigung ξ' so gewählt werden sollte, daß reflektiertes Licht nicht auf den Kippspiegel 16 und den Polygonspiegel 12 zurückfällt.

Insbesondere hat es sich aber als besonders günstig herausgestellt, wenn der Körper 20 oder der Körper 20' senkrecht zur Ablenkrichtung des Polygonspiegels geneigt wird, da erfahrungsgemäß eine wesentlich geringere Neigung in dieser Richtung erforderlich ist, um Geisterbilder zu vermeiden. Dabei wurde auch beobachtet, daß kleine Winkel unter 10° völlig ausreichend sind. Insbesondere sollte der Neigungswinkel der Oberflächen der Körper 20 bzw. 20' zur Projektionsrichtung größer als 1° sein und zwischen 2° und 10° liegen.

Mit derartigen kleinen Winkeln läßt sich das vorher genannte Geisterbild effektiv unterdrücken oder sogar beseitigen. Der Winkel ist aber auch klein genug, damit die unterschiedliche Brechung in dem Glaskörper 20 oder 20' aufgrund der Dispersion üblicher Materialien keine unerwünschte Farbtrennung erzeugt.

Die folgenden Angaben beziehen sich auf eine Optimierung eines Projektionskopfes bei einem Lichtbündel mit einem Durchmesser d in einer Größenordnung von 1 bis 10 mm bei einer Bildschirmdiagonalen von größer als 1m für HDTV oder PAL. Damit ist berücksichtigt, daß alle optischen Bauteile einen Raumbedarf haben, der nicht optisch wirksam ist, wie beispielsweise

Fasen, Fassungen, Gehäuse, Meß-, Steuer- und Antriebseinrichtungen usw. Der Durchmesser d des Lichtbündels ist dabei wesentlich durch die geometrische Auflösung sowie dem Abstand Projektor / Projektionsfläche bestimmt und bietet damit eine wesentliche Grundlage für die geometrische Dimensionierung aller optischen Baugruppen. Insbesondere ergibt sich damit und der eingesetzten Videonorm auch der minimal einzuhaltende Zeilenablenkwinkel ß und der

Bildablenkwinkel γ. Diesbezüglich haben sich bei dem Ausführungsbeispiei von Figur 2 aufgrund mit praktischer Überlegungen die folgenden Größen als Anhaltspunkte für die Dimensionierung als besonders geeignet erwiesen:

Der Radius des Polygonspiegels r sollte um die 20 mm betragen, der Abstand d von der Drehachse 24 des Polygonspiegels sollte 40 mm betragen und der schon vorher erwähnte Versatz V sollte in dem Bereich von 0 bis 10 mm liegen. Insbesondere wurde im Ausführungsbeispiel ein Versatz V von 5 mm verwendet.

Der Winkel α_e sollte in der Größenordnung des Winkels ß liegen, um höchste Kompaktheit zu ermöglichen. Mit der zusätzlichen Forderung, die aus Figur 3 ablesbar ist, daß α_e größer als ß/2 ist, erreicht man bei dem beispielhaft gezeigten Polygonspiegel 12 gemäß dem Ausführungsbeispiel optimale Werte für _e=30° und ß=26°. Dadurch ergibt sich für den Bildablenkwinkel aufgrund der darzustellenden Fernsehnorm mit dem Seitenverhältnis 3:4 für das Ausführungsbeispiel ein Winkel γ von 20°. Der Winkel δ gemäß Figur 4, der dort aus Gründen der Allgemeinheit von einem rechten Winkel abweicht, hat sich allerdings bei δ=90° bezüglich des Raumbedarfs als besonders vorteilhaft herausgestellt. Weiter ist in Figur 4 ein Punkt 26 zu sehen, der die Drehachse des Bildspiegels 10 bezeichnet.

Die in Fig. 4 gezeigten Größen s, t und w bezeichnen den Abstand der Drehachse des Bildspiegels 16 zu seiner reflektierenden Fläche in den gezeigten Richtungen.

Zur Auslegung eines Projektionskopfes, wie er beispielsweise in Figur 2 gezeigt ist, sollten die folgenden Beziehungen berücksichtigt werden bzw. die folgenden Größen als Anhaltspunkt zu der Dimensionierung dienen:

1. Die Drehachse des Polygonspiegels 12 sollte um einen Versatz V=r*sin ( J2) und mit einem Abstand d > r gegenüber dem Schnittpunkt der Hauptreflexionsachse mit der Ebene der in den Zeilenspiegel einfallenden und ausfallenden Lichtstrahls verschoben sein.

2. Wenn die Ebene des in dem Bildspiegel einfallenden Lichtstrahls unter einem Winkel δ zur Hauptprojektionsachse steht und der ausfallende Lichtstrahl den Bildspiegel unter einem Bildablenkwinkel γ und dem Zeilenablenkwinkel ß symmetrisch zur Hauptprojektionsachse verläßt, ist die Drehachse des Bildspiegels in einem Abstand w=s^*sin (δ/2) von der

Hauptprojektionsachse entfernt und um einen Abstand t=s*sin (δ/2) von der Ebene des aus dem Zeilenspiegel ausfallenden Lichtstrahls parallel verschoben. Der Winkel δ sollte im optimalen Fall 90° sein. Insbesondere hat sich diesbezüglich 90° +/- 10° als besonders vorteilhaft für die Kompaktheit eines Projektionskopfes herausgestellt. Dies gilt insbesondere für eine Anordnung der Ablenkeinrichtung als Kombination aus Polygonspiegel und Kippspiegel. Auf jeden Fall sollte der Winkel δ größer als 90°-γ/2 sein, damit Abschattungen des Bildes vermieden werden. Er sollte auch nicht größer als 120° sein, da die

Reflexionsverhältnisse für das Lichtbündel dann ungünstiger sind.

Der Abstand d zwischen der Achse des Zeilenspiegels zur Projektionsachse sollte ferner der Bedingung d-r < 4 cm genügen. Bei solchen Abständen ist es möglich, auf einer Relaisoptik zu verzichten, mit welcher der Ablenkpunkt des Polygonspiegels 12 mit dem Ablenkpunkt des

Bildes des Spiegels 16 zur Deckung gebracht wird.

Die unterschiedlichen Ablenkpunkte der beiden Spiegel berühren die Auslegung einer nachfolgenden Aufweitungsoptik nur wenig. Aufgrund des vorgesehenen geringen Abstand können daher zusätzlich optische Elemente, wie die genannte Relais-Optik, eingespart werden, wodurch unnötige Lichtverluste vermieden werden. Bezüglich dieser Auslegung sollte auch die erste Linse der Aufweitungsoptik im Bereich von 10 mm bis 100 mm hinter dem Bildspiegel liegen, wobei sich die reflektierenden Flächen des Polygonspiegels 12 und des Bildspiegels 16 in der Eintrittspupille der Aufweitungsoptik befinden und die optische Achse der Aufweitungsoptik mit der Hauptprojektionsachse identisch ist.

Sowohl für die Kompaktheit als auch für die optischen Abbildungsfähigkeit hat es sich diesbezüglich als ganz besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Eintrittspupille der Aufweitungsoptik mit einem Abstand von weniger als 80 mm und insbesondere weniger als 30mm vor dem ersten Linsenscheitel liegt.

In Figur 4 ist noch ein Winkel ε eingezeichnet, der sich auf eine andere Spiegelflächenneigung einer mit unterbrochener Linie angedeuteten Spiegelfläche 14' bezieht. Im Ausführungsbeispiel von Figur 2 wurde nämlich ein Winkel ε von 90° verwendet, weil bei allen anderen Winkeln beobachtet wurde, daß dann die Zeilen nur gekrümmt darstellbar sind. Unerwarteterweise hat sich jedoch gezeigt, daß auch andere Winkel ε möglich sind, wenn man berücksichtigt, daß Zeilenkrümmungen in der Größenordnung von 3 % vom Auge kaum wahrgenommen werden. Dies reicht für die Darstellung eines Videobildes völlig aus, erbringt allerdings für CAD Anwendungen nicht die erforderliche Genauigkeit, wenn man nicht das Bild vor der Darstellung so verzerrt, daß es aufgrund des von 90° verschiedenen Spiegelflächenwinkels ε wieder entzerrt wird.

Auf den dafür erforderlichen Steuer- und Regelaufwand kann man allerdings verzichten, wenn der Einfallswinkel θ des Lichtbündels auf die Spiegelfläche geeignet gewählt ist. Dieses wird im Einzelnen anhand von Figur 5 erläutert, bei der im rechten Teil eine schematische Darstellung in zwei Ansichten gezeigt ist, um den Winkel θ besser zu verdeutlichen. Dabei wurde auch der gleiche Winkel ε wie in der Figur 4 als Winkel zwischen Spiegelflächennormalen 23 und Drehachse, eingezeichnet. Im oberen Teil ist die Abhängigkeit des Winkels ε von diesem Einfallswinkel 9 bei optimaler Wahl als Kurve 32 gezeigt. Die Abweichung von der Kurve 32 bestimmenden Punkte 30 ist durch die angegebene Voraussetzung einer zugelassenen Krümmung von 3 % gegeben. Der Toleranzbereich ist etwa so groß, wie dies durch die Punktdicke dargestellt ist.

Die eingezeichnete Kurve 32 wurde mit Hilfe einer Kurvenanpassung gewonnen. Die Kurve läßt sich formelmäßig beschreiben durch

mit ε' = ε ± 4°.

Unter Verwendung dieser Gleichung läßt sich der Einfallswinkel θ, wie in der Fig. 5 gezeigt ist, für jedes ε so bestimmen, daß der Aufwand für eine Entzerrung der dargestellten Bilder mittels

Speichern und Recheneinheiten, wie sie schematisch mit dem Bezugszeichen 33 in Fig. 1 dargestellt ist, verringert wird. Insbesondere bezüglich der Recheneinheit ist auszuführen, daß diese bei großen Korrekturen sehr aufwendig werden kann, da die üblichen Rechenzeiten zum Entzerren bei mehreren Megahertz Videofrequenz nicht ausreichen, so daß man für eine exakte Bilddarstellung ohne eine derartige Optimierung bei anderen Winkeln nicht umhin kommen würde, komplexe Transputersysteme einzusetzen.

Die oben näher angegebenen Optimierungen für einen Videoprojektionskopf können unter anderen Bedingungen natürlich auch verändert werden. So läßt sich beispielsweise ein Kippspiegel statt des angegebenen Polygonspiegels 12 einsetzen. Weiter könnte auch für eine der beiden Ablenkeinrichtungen, Biidspiegel oder Polygonspiegel, ein akusto-optischer Modulator eingesetzt werden. Dabei sind zwar die üblichen Ablenkwinkel γ und ß kleiner, was jedoch durch eine geeignete Aufweitungsoptik ausgeglichen werden könnte. Die angegebenen Werte sind aber im wesentlichen unabhängig von derartigen Änderungen und es wird dem Fachmann leicht sein, die Angaben beim Ersetzen einzelner Komponenten durch deren alternative Ausführungsformen entsprechend zu modifizieren.

Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung, insbesondere ausgebildet als Projektionskopf (60), die für die Projektion eines Videobildes einen Zeilenspiegel (12) mit mindestens einer Spiegelfläche (14) zur Ablenkung eines Lichtbündels in Zeilenrichtung des Videobildes und einen Bildspiegel (16) zur Ablenkung in Bildrichtung aufweist, wobei die Flächennormale (23) der mindestens einen Spiegelfläche

(14) unter einem Winkel ε zur Drehachse (33) des Zeilenspiegels (14) geneigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtbündel bei derjenigen Stellung des Zeilenspiegels (12), bei der es in das Zentrum des Videobildes, in Hauptprojektionsrichtung (28), gerichtet ist, unter dem Winkel

mit ε' = ε ± 4°

zur Flächennormalen (23) auf die Spiegelfläche (14) einfällt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel ε einen Wert von 90° hat und θ = 0° gewählt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der

Vorrichtung mittels einer Grundplatte, mit der dieser Teil oder die Vorrichtung selbst auf einem Boden oder an einer Decke befestigbar ist, versehen, daß die Drehachse (24) des Zeilenspiegels (12) für eine Schrägprojektion unter einem Winkel zu dieser Grundplatte angeordnet und daß eine Einrichtung (33) zur Intensitäts- und Farbmodulation des jeweiligen beleuchteten Bildpunktes vorgesehen ist, wobei bei dieser Modulation auch Trapezverzerrungen für den durch den zur Schrägprojektion gegebenen Projektionswinkel berücksichtigt und korrigiert sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel der Drehachse

(24) zur Grundplatte gleich dem Winkel der Schrägprojektion zwischen Hauptprojektionsstrahl (28) und der Normalen auf eine Projektionsfläche ± 10° ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Intensitäts- und Farbmodulation räumlich von dem mindestens einen Teil der Vorrichtung getrennt ist und zwischen der Einrichtung und dem einen Teil der Vorrichtung eine Lichtleitfaserkopplung (4) zur Übertragung des danach vom Zeilenspiegel (12) abzulenkenden Lichtbündels vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Zeilenspiegel (12) in einem Abstand von kleiner als 4 cm in Fortpflanzungsrichtung des Lichtbündels ein Bildspiegel (16) und diesem wiederum eine Aufweitungsoptik (37) nachgeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufweitungsoptik (37) ein nach der Tangensbedingung korrigiertes zweistufiges afokales Linsensystem ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Linse der Aufweitungsoptik (37) im Bereich von 10 mm bis 100 mm von dem Bildspiegel (16) entfernt ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittspupille der Aufweitungsoptik (37) in einem kleineren Abstand als 80 mm und insbesondere kleiner 30 mm vor dem ersten Linsenscheitel liegt.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Lichtweg, welcher von dem Lichtbündel nach Reflexion vom Zeiienspiegel (12) durchlaufen wird, ein für Licht teilweise durchlässiger Körper (20, 20') vorgesehen ist, der in allen durch das Rastern bedingten, ein Geisterbild verursachenden Punkten eine Neigung (ξ, ξ', ψ, ψ') zur Drehachse (24) des Zeilenspiegels (12) und/oder zur Drehachse eines Bildspiegels (16) aufweist, die größer als 1° ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigung (ξ ,ψ) im Bereich von 2° bis 10° liegt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, daß der für Licht teildurchlässige Körper (20, 20') eine planparallele Platte ist, die insbesondere zum Abschluß eines Gehäuses (13) für einen Polygonspiegel als Zeilenspiegel (12) vorgesehen ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß Zeilenspiegel (12) und Bildspiegel (16) eine Kombination aus Polygonspiegel und Kippspiegel ist.